Célok és feladatok A természettudományos kompetencia középpontjában a természetet és a természet működését megismerni igyekvő ember áll. A fizika tantárgy a természet működésének a tudomány által feltárt legalapvetőbb törvényszerűségeit igyekezik megismertetni a diákokkal. A törvények harmóniáját és alkalmazhatóságának hihetetlen széles skálatartományát megcsodálva, bemutatja, hogyan segíti a tudományos módszer a természet erőinek és javainak az ember szolgálatába állítását. Olyan ismeretek megszerzésére ösztönözzük a fiatalokat, amellyel egész életpályájukon hozzájárulnak majd a társadalom és a természeti környezet összhangjának fenntartásához, a tartós fejlődéshez és ahhoz, hogy a körülöttünk levő természetnek minél kevésbé okozzunk sérülést. Nem kevésbé fontos, hogy elhelyezzük az embert kozmikus környezetünkben. A természettudomány és a fizika ismerete segítséget nyújt az ember világban elfoglalt helyének megértésére, a világ jelenségeinek a természettudományos módszerrel történő rendszerbe foglalására. A természet törvényeinek az embert szolgáló sikeres alkalmazása gazdasági előnyöket jelent, de ezen túl szellemi, esztétikai örömöt és harmóniát is kínál. A tantárgy tanulása során a tanulók megismerik az alapvető fizikai jelenségeket és az azokat értelmező modellek és elméletek történeti fejlődését, érvényességi határait, a hozzájuk vezető megismerési módszereket. A fizika tanítása során azt is be kell mutatnunk, hogy a felfedezések és az azok révén megfogalmazott fizikai törvények nemcsak egy-egy kiemelkedő szellemóriás munkáját, hanem sok tudós századokat átfogó munkájának koherens egymásra épülő tudásszövetét jelenítik meg. A törvények folyamatosan bővültek, és a modern tudományos módszer kialakulása óta nem kizárják, hanem kiegészítik egymást. Az egyre nagyobb teljesítőképességű modellekből számos alapvető, letisztult törvény nőtt ki, amelyet a tanulmányok egymást követő szakaszai a tanulók kognitív képességeinek megfelelő gondolati és formai szinten mutatnak be, azzal a célkitűzéssel, hogy a szakirányú felsőfokú képzés során eljussanak a választott terület tudományos kutatásának frontvonalába. A tantárgy tanulása során a tanulók megismerkedhetnek a természet tervszerű megfigyelésével, a kísérletezéssel, a megfigyelési és a kísérleti eredmények számszerű megjelenítésével, grafikus ábrázolásával, a kvalitatív összefüggések matematikai alakú megfogalmazásával. Ez utóbbi nélkülözhetetlen vonása a fizika tanításának, hiszen e tudomány fél évezred óta tartó diadalmenetének ez a titka. Fontos, hogy a jelenségekből és a köztük feltárt kapcsolatokból leszűrt törvényeket a természetben újabb és újabb jelenségekre alkalmazva ellenőrizzék, megtanulják igazolásuk vagy cáfolatuk módját. Tanulók ismerkedjenek meg a tudományos tényeken alapuló érveléssel, amelynek része a megismert természeti törvények egy-egy tudománytörténeti fordulóponton feltárt érvényességi korlátainak megvilágítása. A fizikában használatos modellek alkotásában és fejlesztésében való részvételről kapjanak vonzó élményeket és ismerkedjenek meg a fizika módszerének a fizikán túlmutató jelentőségével is. A tanulóknak fel kell ismerniük, hogy a műszaki-természettudományi mellett az egészségügyi, az 1
agrárgazdasági és a közgazdasági szakmai tudás szilárd megalapozásában sem nélkülözhető a fizika jelenségkörének megismerése. Az általános iskolai fizika olyan alapozó jellegű tantárgy, amely csak a legfontosabb tudományos fogalmakkal foglalkozik. Azok folyamatos fejlesztésével, érlelésével, de főként a megismerési tevékenység gyakorlatával készíti fel a tanulókat arra, hogy a középiskolai évfolyamokon a természettudományos tárgyak magasabb szintű megismeréséhez hozzákezdjenek. Egyforma hangsúlyt kell kapniuk a természettudomány alappilléreinek: az ismeretanyag (elvek, tények, törvények, elméletek); a tudományos megismerés folyamata (az a módszer, ahogyan feltárjuk a természet titkait); az ismeretek, a mindennapi élet és a társadalmi gyakorlat kapcsolata (az egészség- és környezetvédelem, a technika és a társadalom kapcsolatrendszere) és az a gondolkodási és viselkedési szokásrendszer, amely felelősségteljes, etikus magatartást, kreatív és kritikus gondolkodást biztosít. A spirálisan felépülő tartalomnak minden szinten meg kell felelnie a korosztály érdeklődésének, személyes világának. A tananyag feldolgozása így a tanulók érdeklődésére épül, a témák kifejtése egyre átfogóbb és szélesebb világképet nyújt. Az elsődleges cél azoknak a tevékenységeknek a gyakorlása, amelyek minden tanulót képessé tesznek a megismerési formák elsajátítására és növekvő önállóságú alkalmazására. Nagyon fontos, hogy a tanulók az életkori sajátosságaiknak megfelelő szinten, de lehetőleg minden életkorban játékosan és minél sokszínűbben (mozgásos, hangi, képi csatornákon, egyénileg és csoportosan, de mindenképpen aktívan közreműködve) szerezzenek élményeket és tapasztalatot a legalapvetőbb jelenségekről. Csak a megfelelő mennyiségű igazi tapasztaláson alapuló ismeret összegyűjtése után alkossák meg az ezek mélyebb feldolgozásához szükséges fogalomrendszert. Konkrét megfigyelésekkel, kísérletekkel a maguk szellemi fejlődési szintjén önmaguk fedezzék fel, hogy a világnak alapvető törvényszerűségei és szabályai vannak. Az így megszerzett ismeretek nyújtanak kellő alapot ahhoz, hogy azokból általánosítható fogalmakat alkossanak, s azokon a későbbiekben magasabb szintű gondolati műveleteket végezzenek. A tudás megalapozásának az elsajátított ismeretek mennyisége mellett fontos kérdése a fogalmi szintek minősége. A fogalomalkotás, az elvonatkoztatás, az összefüggések felismerése és működtetése csak akkor lehet sikeres, ha valódi tartalommal bíró fogalmakra épülnek. Ennek érdekében a tanulóknak biztosítani kell a minél személyesebb tapasztalásra, a gyakorlatra, kísérletekre épülő közvetlen ismeretszerzést. Ennek a fogalmi tanuláshoz viszonyított aránya 12-14 éves korig nem csökkenhet 50% alá. Természetesen a fizika jelenségkörének, a fizika módszereinek alkalmazási köre kijelöli a nagy témákat, amelyek számára a nagyon csekély órakeretbeli oktatás ökonómiája megszab egyfajta belső sorrendet. Mindazonáltal nagy figyelmet kell fordítani mindazokra a tapasztalati és fogalmi kezdeményekre, amelyekre a 9 12. évfolyamokon kiteljesedő fizikatanítás bemeneti kompetenciaként számít. A NAT-kapcsolatok és a kompetenciafejlesztés lehetőségei a következők. Természettudományos kompetencia: A természettudományos törvények és módszerek hatékonyságának ismerete az ember világbeli helye megtalálásának, a világban való tájékozódásának az elősegítésére. A tudományos elméletek társadalmi folyamatokban játszott szerepének ismerete, 2
megértése; a fontosabb technikai vívmányok ismerete; ezek előnyeinek, korlátainak és társadalmi kockázatainak ismerete; az emberi tevékenység természetre gyakorolt hatásának ismerete. Szociális és állampolgári kompetencia: a helyi és a tágabb közösséget érintő problémák megoldása iránti szolidaritás és érdeklődés; kompromisszumra való törekvés; a fenntartható fejlődés támogatása; a társadalmi-gazdasági fejlődés iránti érdeklődés. Anyanyelvi kommunikáció: hallott és olvasott szöveg értése, szövegalkotás a témával kapcsolatban mind írásban a különböző gyűjtőmunkák esetében, mind pedig szóban a prezentációk alkalmával. Matematikai kompetencia: alapvető matematikai elvek alkalmazása az ismeretszerzésben és a problémák megoldásában, ami a 7 8. osztályban csak a négy alapműveletre és a különböző grafikonok rajzolására és elemzésére korlátozódik. Digitális kompetencia: információkeresés a témával kapcsolatban, adatok gyűjtése, feldolgozása, rendszerezése, a kapott adatok kritikus alkalmazása, felhasználása, grafikonok készítése. Hatékony, önálló tanulás: új ismeretek felkutatása, értő elsajátítása, feldolgozása és beépítése; munkavégzés másokkal együttműködve, a tudás megosztása; a korábban tanult ismeretek, a saját és mások élettapasztalatainak felhasználása. Kezdeményezőképesség és vállalkozói kompetencia: az új iránti nyitottság, elemzési képesség, különböző szempontú megközelítési lehetőségek számbavétele. Esztétikai-művészeti tudatosság és kifejezőképesség: a saját prezentáció, gyűjtőmunka esztétikus kivitelezése, a közösség számára érthető tolmácsolása. A kerettanterv részletesen felbontott óraszámához hozzászámítandó 10% (azaz 11 óra) szabad tanári döntéssel felhasználható órakeret, továbbá 12 óra ismétlésre és számonkérésre ajánlott órakeret. Ezek összegeként adódik ki a kétéves teljes 108 órás tantárgyi órakeret. A tantárgyi órakereten kívül a második félévben rendezett témanapokon komplex természettudományos témák feldolgozására kerül sor. 3
Szükséges tanulói segédletek Tankönyv, függvénytáblázat, számológép, munkafüzet A tanulói munka értékelése Az értékelés alapja szóbeli és írásbeli számonkérés. Tanulókísérlet elvégzése önállóan és csoportosan, jegyzőkönyv készítés. Kiselőadások készítése, projektmunka. Óraszámok és választott kerettantervek évfolyam 7. 8. 9. 10. 11. 12. A Emelt tanterv 2 óra Emelt tanterv 2 óra B tanterv 3 óra B tanterv 3 óra B tanterv 2 óra B fakultáció Emelt tanterv 2 óra Emelt tanterv 2 óra B tanterv 3 óra B tanterv 3 óra B tanterv 2 óra B tanterv 2 óra Saját tanterv 4 óra 4
Helyi tanterv A, B osztály 7. évfolyam Éves óraszám: 72 óra (36 x 2) 1. Természettudományos vizsgálati módszerek Óraszám: 20 Ismeretek, fejlesztési követelmények Balesetvédelem A tanulói kísérleti munka szabályai. Veszélyforrások (hő, vegyi, elektromos, fény, hang stb.) az iskolai és otthoni tevékenységek során. Fényképek, ábrák, saját tapasztalatok alapján a veszélyek megfogalmazása, megbeszélése. Csoportmunkában veszélyre figyelmeztető, helyes magatartásra ösztönző poszterek, táblák készítése. Megfigyelés Megfigyelés. Leírás, összehasonlítás, csoportosítás. Céltudatos megfigyelés. A természet megfigyelésének fontossága a tudósok természettörvényeket feltáró munkájában. A megfigyelőképesség ellenőrzése egyszerű feladatokkal. Szempontok megfogalmazása jelenségek megfigyelésére, a megfigyelés végrehajtására és a megfigyelésről szóbeli beszámoló. Megfigyelések rögzítése, dokumentálása. A tudományos megismerési módszerek Problémák, alkalmazások: Hogyan kell használni a különböző mérőeszközöket? Mire kell figyelni a leolvasásnál? Hogyan tervezzük meg a mérési folyamatot? Hogyan lehet megjeleníteni a mérési eredményeket? Mire következtethetünk a mérési eredményekből? Mérőeszközök a mindennapi életben. Mérőeszközök használata. A mért mennyiségek mértékegységei. Hosszúság, terület, térfogat, tömeg, idő, hőmérséklet stb. mérése, meghatározása csoportmunkában. Mérési javaslat, tervezés és végrehajtása az iskolában és a Kapcsolódási pontok Technika, életvitel és gyakorlat: baleset- és egészségvédelem. Kémia: a kísérletek célja, tervezése, rögzítése, tapasztalatok és következtetések. Földrajz: időzónák a Földön. Történelem, társadalmi és állampolgári ismeretek: az időszámítás kezdetei a különböző kultúrákban. Matematika: mértékegységek; megoldási tervek készítése. 5
tanuló otthoni környezetében. Hipotézisalkotás és értékelés a mérési eredmények rendszerbe szedett ábrázolásával. Előzetes elképzelések számbavétele, a mérési eredmények elemzése (táblázat, grafikon). Egyszerű időmérő eszköz csoportos készítése. A tömeg és a térfogat nagyságának elkülönítése. (Jellegzetes tévképzet: a két mennyiség arányos kezelése.) Önálló munkával különféle információhordozókról az élővilág, az épített környezet és az emberi tevékenység hosszúság- és időbeli méretadatainak összegyűjtése tanári és önálló feladatválasztással. Gyakorlati projektmunka Egyedi kísérleti tapasztalás általánosítása. Az eredményt befolyásoló tényezők, a választott eszközök célszerű alkalmassága. A mért adatokat rögzítésének módja, optimuma. Munkabeszámoló. Ok-okozati kapcsolatok. Függő, független, indifferens mennyiségek fogalma. Kutatás elvégzése kiválasztott vagy kapott, a hétköznapi élethez közel álló témán, végighaladva a megismerés lépésein: problémafelvetés; megfigyelés, tapasztalatgyűjtés; jóslás; tervezés; vizsgálat, mérés; az eredmények feldolgozása; értelmezés és következtetések levonása; az eredmények kommunikálása; ellenőrzés, a vizsgálat kiértékelése; szükség esetén módosítás. A kísérletek, jelenségek értelmezésénél a mindig, azért, mert kifejezések tudatos használata. Kulcsfogalmak/ Megfigyelés, mérés, mértékegység, átlag, becslés, tömeg, térfogat. fogalmak 6
2. Mozgások Óraszám: 16 Ismeretek, fejlesztési követelmények Kapcsolódási pontok Hely- és helyzetváltozás Hely- és helyzetváltozás. Matematika: a kör és részei. Mozgások a Naprendszerben (keringés, forgás, becsapódások). Körmozgás jellemzői (keringési idő, fordulatszám). A testek különböző alakú pályákon mozoghatnak (egyenes, kör, ellipszis= elnyúlt kör a bolygók pályája). Mozgással kapcsolatos tapasztalatok, élmények felidézése, elmondása (közlekedés, játékszerek, sport). Mozgásformák eljátszása (pl. rendezetlen részecskemozgás, keringés a Nap körül, égitestek forgása, a Föld Hold rendszer kötött keringése). A mozgásokkal kapcsolatos megfigyelések, élmények szabatos elmondása. A mozgás viszonylagossága Magyar nyelv és irodalom: Problémák: Radnóti: Tájképek. Hogyan lehet összehasonlítani a mozgásokat? Milyen adatokat kell megadni a pontos összehasonlításhoz? Matematika: Descartes-féle Honnan lehet eldönteni, hogy ki vagy mi mozog? koordináta-rendszer és elsőfokú függvények; A mozgás viszonylagossága. vektorok. A viszonyítási pont megegyezéses rögzítése, az irányok rögzítése. A sebesség, a gyorsulás. Problémák: Milyen sebességgel mozoghatnak a környezetünkben található élőlények, közlekedési eszközök? Mit mutat az autó, busz sebességmutatójának pillanatnyi állása? Hogyan változik egy jármű sebességmutatója a mozgása során? Hogyan változik egy futball-labda sebessége a mérkőzés során (iránya, sebessége)? Miben más a teniszlabdához képest? A sebesség. Mozgás grafikus ábrázolása. A sebesség SI-mértékegysége. Az egyenes vonalú mozgás gyorsulása/lassulása (kvalitatív fogalomként). Átlagos sebességváltozás közlekedési eszköz egyenes vonalú mozgásának különböző szakaszain. A sebességváltozás természete egyenletes körmozgás során. Ha akár a sebesség nagysága, akár iránya változik, változó mozgásról beszélünk. Az (átlag)sebesség meghatározása az út és idő hányadosaként, a fizikai meghatározás alkalmazása egyszerű esetekre. 7 Technika, életvitel és gyakorlat: közlekedési ismeretek (fékidő), sebességhatárok. Matematika: arányosság, fordított arányosság. Földrajz: folyók sebessége, szélsebesség. Kémia: reakciósebesség.
Egyszerű iskolai kísérletek, sportmozgások, közlekedési eszközök egyenes vonalú mozgásának megfigyelése, ábrázolása út-idő grafikonon és a sebesség grafikus értelmezése. Az egyenes vonalú mozgásra egyszerű számítások elvégzése (az út, az idő és a sebesség közti arányossági összefüggés alapján). Következtetések levonása a mozgásról. Út- idő grafikonon a mozgás sebességének értelmezése, annak felismerése, hogy a sebességnek iránya van. A gyorsulás értelmezése kvalitatív szinten, mint az aktuális (pillanatnyi) sebesség változása. Egymás utáni különböző mozgásszakaszokból álló folyamat esetén a sebesség változásának értelmezése. A sebesség fogalmának alkalmazása különböző, nem mozgásjellegű folyamatokra is (pl. kémiai reakció, biológiai folyamatok). A mozgásállapot változása. Jelenségek: A gyermeki tapasztalat a lendület fogalmáról. Felhasználása a test mozgásállapotának és mozgásállapot-változásának a jellemzésére: a nagy tömegű és/vagy sebességű testeket nehéz megállítani. A test lendülete a sebesség és a tömeg szorzata. A magára hagyott test fogalmához vezető tendencia. A tehetetlenség törvénye. Annak felismerése, hogy a test mozgásállapotának megváltoztatása szempontjából a test tömege és sebessége egyaránt fontos. Konkrét példákon annak bemutatása, hogy egy test lendületének megváltozása mindig más testekkel való kölcsönhatás következménye. Annak a kísérletsornak a gondolati elemzése és a gondolatmenet bemutatása, amiből leszűrhető, hogy annak a testnek, amely semmilyen másik testtel nem áll kölcsönhatásban, nem változik a mozgásállapota: vagy egyenes vonalú egyenletes mozgást végez, vagy áll. A tömeg, a sűrűség. Jelenségek: Azonos térfogatú, de különböző anyagból készült, illetve azonos anyagú, de különböző térfogatú tárgyak tömege. A tömeg, a sűrűség. A tömeg a test teljes anyagát, illetve a kölcsönhatásokkal szembeni tehetetlenségét jellemzi. A testek tömege függ a térfogatuktól és az anyaguktól. Az anyagi minőség jellemzője a sűrűség. 8 Testnevelés és sport: lendület a sportban. Technika, életvitel és gyakorlat: közlekedési szabályok, balesetvédelem. Matematika: elsőfokú függvények, behelyettesítés, egyszerű egyenletek. Kémia: a sűrűség; részecskeszemlélet.
Egyes anyagok sűrűségének kikeresése táblázatból és a sűrűség értelmezése. A testek tömegének összekapcsolása a részecskemodellel (a tömeget a testeket felépítő részecskék összessége adja). Az erő. Jelenségek: Az erő mérése rugó nyúlásával. Az erő. Az erő mértékegysége: (1 N). Az erő mérése. A kifejtett erő nagysága és az okozott változás mértéke között arányosság van. Az erő mint két test közötti kölcsönhatás, a testek alakváltozásában és/vagy mozgásállapotuk változásában nyilvánul meg. Rugós erőmérő skálázása. Különböző testek súlyának mérése a saját skálázású erőmérővel. Erő-ellenerő. Problémák: Hogyan működik a rakéta? Miért törik össze a szabályosan haladó kamionba hátulról beleszaladó sportkocsi? A hatás-ellenhatás törvénye. Minden mechanikai kölcsönhatásnál egyidejűleg fellép erő és ellenerő, és ezek két különböző tárgyra hatnak. Demonstrációs kísérlet: két, gördeszkán álló gyerek erőmérők közbeiktatásával, kötéllel húzza egymást a kísérlet ismertetése, értelmezése. Kapcsolódó köznapi jelenségek magyarázata, pl. rakétaelven működő játékszerek mozgása (elengedett lufi, vízirakéta). Az erő mint vektormennyiség. Matematika: vektor fogalma. Az erő mint vektormennyiség. Az erő vektormennyiség, nagysága és iránya jellemzi. Annak tudása, hogy valamely testre ható erő iránya megegyezik a test mozgásállapot-változásának irányával (rugós erőmérővel mérve a rugó megnyúlásának irányával). A súrlódási erő. Problémák: Mitől függ a súrlódási erő nagysága? Hasznos-e vagy káros a súrlódás? A súrlódás. 9 Technika, életvitel és gyakorlat: közlekedési ismeretek (a súrlódás szerepe a mozgásban, a fékezésben). Testnevelés és sport: a
A súrlódási erő az érintkező felületek egymáshoz képesti elmozdulását akadályozza. A súrlódási erő a felületeket összenyomó erővel arányos és függ a felületek minőségétől. Gördülési ellenállás. A súrlódási erő mérése rugós erőmérővel, tapasztalatok rögzítése, következtetések levonása. Hétköznapi példák gyűjtése a súrlódás hasznos és káros eseteire. Kiskocsi és megegyező tömegű hasáb húzása rugós erőmérővel, következtetések levonása. Érvelés: miért volt korszakalkotó találmány a kerék. A tömegvonzás. Problémák: Miért esnek le a Földön a tárgyak? Miért kering a Hold a Föld körül? Ismeret: A gravitációs erő. A súly és a súlytalanság. 1 kg tömegű nyugvó test súlya a Földön kb. 10 N. Fejlesztési követelménye Egyszerű kísérletek végzése, következtetések levonása: a testek a gravitációs erő hatására gyorsulva esnek; a gravitációs erő kiegyensúlyozásakor érezzük/mérjük a test súlyát, minthogy a súlyerővel a szabadesésében akadályozott test az alátámasztást nyomja, vagy a felfüggesztést húzza; ha ilyen erő nincs, súlytalanságról beszélünk. Kísérleti igazolás: rugós erőmérőre függesztett test leejtése erőmérővel együtt, és a súlyerő leolvasása csak a gravitációs erő hatására mozgó test (szabadon eső test, az űrhajóban a Föld körül keringő test) a súlytalanság állapotában van. (Gyakori tévképzet: csak az űrben, az űrhajókban és az űrállomáson figyelhető meg súlytalanság, illetve súlytalanság csak légüres térben lehet.) Kulcsfogalmak/ fogalmak súrlódás szerepe egyes sportágakban; speciális cipők salakra, fűre, terembe stb. Történelem, társadalmi és állampolgári ismeretek: a kerék felfedezésének jelentősége. Matematika: vektorok. Viszonyítási pont, mozgásjellemző (sebesség, átlagsebesség, periódusidő, fordulatszám). Erő, gravitációs erő, súrlódási erő, hatás-ellenhatás. 10
3. Nyomás Óraszám: 18 Ismeretek, fejlesztési követelmények Felületre gyakorolt erőhatás. Problémák, gyakorlati alkalmazások: Hol előnyös, fontos, hogy a nyomás nagy legyen? Hol előnyös a nyomás csökkentése? Síléc, tűsarkú cipő, úthenger, guillotine. A nyomás definíciója, mértékegysége. Szilárd testek által kifejtett nyomás. Különböző súlyú és felületű testek benyomódásának vizsgálata homokba, lisztbe. A benyomódás és a nyomás kapcsolatának felismerése, következtetések levonása. A nyomás fogalmának értelmezése és kiszámítása egyszerű esetekben az erő és a felület hányadosaként. Szilárd testekkel kifejtett nyomáson alapuló jelenségek és alkalmazások ismertetése. Nyomás folyadékokban Jelenségek, gyakorlati alkalmazások: Nehézségi erőtérbe helyezett folyadékoszlop nyomása. Közlekedőedények, folyadékok sűrűsége. Környezetvédelmi vonatkozások: kutak, vizek szennyezettsége. Nyomás a folyadékokban: nem csak a szilárd testek fejtenek ki nyomást; a folyadékoszlop nyomása a súlyából származik; a folyadékok nyomása a folyadékoszlop magasságától és a folyadék sűrűségétől függ. Nehézségi erőtérbe helyezett folyadékoszlop nyomása a magasságfüggés belátása. Közlekedőedények vizsgálata, folyadékok sűrűségének meghatározása. Hidraulikus berendezések Gyakorlati alkalmazások: hidraulikus emelő, hidraulikus fék. Dugattyúval nyomott folyadék nyomása. A nyomás terjedése folyadékban (vízibuzogány, dugattyú). Oldalnyomás. Pascal törvényének ismerete és demonstrálása. Nyomás gázokban, légnyomás Jelenségek, gyakorlati alkalmazások: Autógumi, játékléggömb. Nyomás gázokban, légnyomás. Torricelli élete és munkássága. 11 Kapcsolódási pontok Technika, életvitel és gyakorlat: ivóvízellátás, vízhálózat (víztornyok). Vízszennyezés. Technika, életvitel és gyakorlat: közlekedési eszközök. Földrajz: a légnyomás és az időjárás kapcsolata.
A gáznyomás kimutatása nyomásmérő műszerrel. Nyomással létrehozott mechanikai változás. Jelenség: Hőcsere nélkül táguló gáz belső energiájának változása (kvalitatív szinten). A légnyomás létezésének belátása. Annak megértése, hogy a légnyomás csökken a tengerszint feletti magasság növekedésével. A gázok nyomásának magyarázata a részecskeképpel (részecskék falnak ütközésével). Kémia: a nyomás mint állapothatározó, gáztörvények. A felhajtó erő. Gyakorlati alkalmazások: Léghajó. A folyadékban (gázban) a testekre felhajtóerő hat. Sztatikus felhajtóerő. Arkhimédész törvénye. Arkhimédész törvényének kísérleti igazolása. A sűrűség meghatározó szerepének megértése abban, hogy a vízbe helyezett test elmerül, úszik, vagy lebeg. Egyszerű számítások végzése Arkhimédész törvénye alapján. A következő kísérletek egyikének elvégzése: Cartesius-búvár készítése; kődarab sűrűségének meghatározása Arkhimédész módszerével. Jellemző történetek megismerése Cartesius (Descartes) és Arkhimédész tudományos munkásságáról. Nyomáskülönbségen alapuló eszközök. Néhány nyomáskülönbség elvén működő eszköz megismerése, működésük bemutatása. (Pipetta, kutak, vízlégszivattyú, injekciós fecskendő. A gyökér tápanyagfelvételének mechanizmusa.) Nyomás áramló folyadékban Ismeret: Áramlások. Bernoulli-hatás a lehető legkvalitatívabban. A nyomáskülönbség és az áramlás kapcsolatának felismerése. Példák alapján annak belátása, hogy az áramló levegő nyomása megváltozik. A globális éghajlatot jellemző fizikai atmoszférikus és tengeráramlások közül több ismerete. A hang. Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások: Mitől kellemes és mitől kellemetlen a hang? Miért halljuk a robbanást? Mi a zajszennyezés és hogyan védhető ki? Jerikó falainak leomlása. Ultrahang (pl. denevérek, bálnák, vesekő-operáció). Biológia-egészségtan: halak úszása. Technika, életvitel és gyakorlat: hajózás. Testnevelés és sport: úszás. Földrajz: jéghegyek. Biológia-egészségtan: tápanyagfelvétel, ozmózis. Kémia: cseppentő, pipetta, ozmózis. Földrajz: szél, földrengés hatása. Nagy tengeráramlások és a földi légkörzés. Ének-zene: hangszerek, hangskálák. Biológia-egészségtan: hallás, ultrahangok az állatvilágban; ultrahang 12
Hangrobbanás. Ismeret: A hang keletkezése, terjedése, energiája. A terjedési sebesség gázokban a legkisebb és szilárd anyagokban a legnagyobb. Az emberi hallás első lépése: átalakulás a dobhártyán (mechanikai energiaátalakulás). Az érzékelt hangerősség és a hangenergia. Zajszennyezés. Hangszigetelés. Hangforrások (madzagtelefon, üvegpohár-hangszer, zenei hangszerek) tulajdonságainak megállapítása eszközkészítéssel. Annak megértése, hogy a hang a levegőben periodikus sűrűségváltozásként terjed a nyomás periodikus változtatására, és hogy a hang terjedése energia terjedésével jár együtt. A zaj, zörej, dörej, másrészről a zenei hangskálák jellemzése. A hangok emberi tevékenységre gyakorolt gátló és motiváló hatásának megértése. Földrengések Rengési energia terjedése a földkéregben és a tengerekben: a földrengések energiájának kis rezgésszámú hangrezgések formájában történő terjedése, a cunami kialakulásának leegyszerűsített modellje. Szemléltetés (pl. animációk) alapján a Föld belső szerkezete és a földrengések kapcsolatának, a cunami kialakulásának megértése. Kulcsfogalmak/ fogalmak az orvosi diagnosztikában. Földrajz: a Föld kérge, köpenye és mozgásai. Nyomás, légnyomás. Sűrűség. Úszás, lebegés, merülés. Hullámterjedés. Hang, hallás. Ultrahang. 13
4. Hőtan Óraszám: 14 óra Ismeretek, Kapcsolódási pontok Biológia-egészségtan: az élet létrejöttének lehetőségei. A hőmérséklet és mérése. Problémák, jelenségek: Milyen hőmérsékletek léteznek a világban? Mit jelent a napi átlaghőmérséklet? Mit értünk a klíma fogalmán? A víz fagyás- és forráspontja; a Föld legmelegebb és leghidegebb pontja. A Nap felszíni hőmérséklete. A robbanómotor üzemi hőmérséklete. Hőmérsékletviszonyok a konyhában. A hűtőkeverék. Nevezetes hőmérsékleti értékek. A Celsius-féle hőmérsékleti skála és egysége. A környezet, a Föld, a Naprendszer jellegzetes hőmérsékleti értékeinek számszerű ismerete és összehasonlítása. A víz-só hűtőkeverék közös hőmérséklete alakulásának vizsgálata az összetétel változtatásával. A Celsius-skála jellemzői, a viszonyítási hőmérsékletek ismerete, tanulói kísérlet alapján a hőmérő kalibrálása módjának megismerése. Hőmérők Alkalmazások: Otthoni környezetben előforduló hőmérőtípusok és hőmérsékletmérési helyzetek. Ismeret: hőmérőtípusok. A legfontosabb hőmérőtípusok (folyadékos hőmérő, digitális hőmérő, színváltós hőmérő stb.) megismerése és használata egyszerű helyzetekben. Hőmérséklet-idő adatok felvétele, táblázatkészítés, majd abból grafikon készítése és elemzése. A javasolt hőmérsékletmérési gyakorlatok egyikének elvégzése: Pohárba kiöntött meleg víz lehűlési folyamatának vizsgálata. Elektromos vízmelegítővel melegített víz hőmérséklet-idő függvényének mérése (melegedési görbe felvétele, különböző mennyiségű vízre, különböző ideig melegítve is). Só-jég hűtőkeverék hőmérsékletének függése a sókoncentrációtól. A melegítés okozta változások megfigyelése, a hőmérséklet mérése, az adatok táblázatba rendezése, majd a hőmérséklet időbeli alakulásának ábrázolása, következtetések megfogalmazása. Hőmennyiség A hőmérséklet-kiegyenlítődés. A hőmennyiség (energia) kvalitatív fogalma, mint a melegítő hatás 14 Földrajz: hőmérsékleti viszonyok a Földön, a Naprendszerben. Matematika: mértékegységek ismerete. Kémia: a hőmérséklet (mint állapothatározó), Celsius-féle hőmérsékleti skála (Kelvin-féle abszolút hőmérséklet). Matematika: grafikonok értelmezése, készítése. Informatika: mérési adatok kezelése, feldolgozása. Kémia: tömegszázalék, (anyagmennyiségkoncentráció). Földrajz: energiahordozók, a jéghegyek olvadása.
mértéke. Egysége (1 J) és értelmezése: 1g vízmennyiség hőmérsékletének 1 0 C- kal történő felmelegítéséhez 4,2 J energiára (hőmennyiségre) van szükség. Fajhő fogalma. Hőmérséklet-kiegyenlítődési folyamatok vizsgálata egyszerű eszközökkel (pl. hideg vizes zacskó merítése meleg vízbe). Hőmérséklet-kiegyenlítéssel járó folyamatokra konkrét példák gyűjtése; annak felismerése, hogy hőmennyiség (energia) cseréjével járnak. Annak felismerése, hogy a közös hőmérséklet a testek kezdeti hőmérsékletétől, tömegüktől és anyagi minőségüktől függ. Halmazállapotok és halmazállapot-változások. Problémák, jelenségek, alkalmazások: A víz sűrűségének változása fagyás során. Jelentősége a vízi életre, úszó jéghegyek, a Titanic katasztrófája. Miért vonják be hőszigetelő anyaggal a szabadban lévő vízvezetéket? Miért csomagolják be a szabadban lévő kőszobrokat? A halmazállapot-változásokkal kapcsolatos köznapi tapasztalatok (pl. ruhaszárítás, csapadékformák, forrasztás, az utak téli sózása, halmazállapot-változások a konyhában stb.). Halmazállapotok és halmazállapot-változások. Melegítéssel (hűtéssel) az anyag halmazállapota megváltoztatható. A halmazállapot-változás hőmérséklete anyagra jellemző állandó érték. Olvadáspont, forráspont, olvadáshő, forráshő fogalma. Annak tudása, hogy mely átalakulásoknál van szükség energiaközlésre (melegítésre), melyek esetén energia elvonására (hűtésre). Csapadékformák és kialakulásuk fizikai értelmezése. A különböző halmazállapotok és azok legfontosabb jellemzőinek megismerése. Tanári mérést követő csoportmunka alapján a jég-víz keverék állandó intenzitású melegítésekor fellépő jelenségek bemutatása a részleges elforralásig, a melegedési görbe felvétele és értelmezése. A mindennapi életben gyakori halmazállapot-változásokhoz kapcsolódó tapasztalatok, jelenségek értelmezése. Halmazállapotok jellemzése az anyag mikroszerkezeti modellezésével. A halmazállapotok és változások értelmezése anyagszerkezeti modellel. Az anyag részecskékből való felépítettsége, az anyagok különböző halmazállapotbeli szerkezete. A kristályos anyagok, a folyadékok és a gázok egyszerű golyómodellje. A halmazállapot-változások szemléltetése golyómodellel. A belső energia. Belső energia szemléletesen, mint golyók 15 Biológia-egészségtan: az emberi testhőmérséklet. Kémia: hőtermelő és hőelnyelő folyamatok (exoterm és endoterm változások). Földrajz: a kövek mállása a megfagyó víz hatására. Biológia-egészségtan: a víz fagyásakor bekövetkező térfogatnövekedés hatása a befagyás rétegességében és a halak áttelelésében. Kémia: halmazállapotváltozások, fagyáspont, forráspont (a víz szerkezete és tulajdonságai). Keverékek szétválasztása, desztillálás, kőolajfinomítás. Kémia: halmazállapotok és halmazállapotváltozások. Értelmezésük a részecskeszemlélet alapján.
mozgásának élénksége (mint a mozgó golyók energiájának összessége). Melegítés hatására a test belső energiája változik. A belsőenergia-változás mértéke megegyezik a melegítés során átadott hőmennyiséggel. Az anyag golyómodelljének megismerése és alkalmazása az egyes halmazállapotok leírására és a halmazállapot-változások értelmezésére. Annak felismerése, hogy melegítés hatására a test belső energiája megváltozik, amit jelez a hőmérséklet és/vagy a halmazállapot megváltozása. Hőhatások. Problémák, alkalmazások: Élelmiszerek energiatartalma. Az élő szervezet, mint energiafogyasztó rendszer. Milyen anyag alkalmas hőmérő készítésére? Hőtan és táplálkozás: az életműködéshez szükséges energiát a táplálék biztosítja. Hőtágulás és gyakorlati szerepe. Egy szem mogyoró elégetésével adott mennyiségű víz felmelegítése az energiatartalom jellemzésére. Tanári útmutatás alapján az élelmiszerek csomagolásáról az élelmiszerek energiatartalmának leolvasása. Az élelmiszereken a kereskedelemben feltüntetik az energiatartalmat. Egyszerű kísérletek bemutatása a különböző halmazállapotú anyagok hőtágulására. Gyűjtőmunka alapján beszámoló tartása a hőtágulás jelentőségéről a technikában és a természetben. Hőátadási módozatok. Problémák, jelenségek, alkalmazások: Elraktározhatjuk-e a meleget? Mely anyagok a jó hővezetők, melyek a hőszigetelők? A Nap hősugárzása, üvegházhatás. A légkör melegedése. Hőáramlás szerepe a fűtéstechnikában. Hősugárzás, a hőkamera-képek és értelmezésük. Az energiatudatosság és a hőszigetelés. Hőátadás, hővezetés, hőáramlás, hősugárzás. Gyűjtőmunka és gyakorlati esetek alapján annak bemutatása internetes képekkel, videofelvételekkel, hogy mikor van szükség jó hővezetésre, mikor szigetelésre. Egyszerű demonstrációs kísérletek alapján a hőátadás különböző módjainak, alapvető jelenségfajtáinak megismerése. Jó és rossz hővezető anyagok megkülönböztetése. A hőszigetelés és az ezzel kapcsolatban lévő 16 Kémia: égés, lassú oxidáció, energiaátalakulások, tápanyag, energiatartalom. Matematika: egyszerű számolások. Biológia-egészségtan: egészséges táplálkozás, az egészséges énkép kialakítása. Technika, életvitel és gyakorlat: energiatakarékossági lehetőségek a háztartásban (fűtés, hőszigetelés). Földrajz: a Nap sugárzásának hatása, jelentősége; légköri folyamatok; hideg és meleg tengeri áramlatok. Kémia: üvegházhatás (a fémek hővezetése).
energiatakarékosság jelentőségének felismerése. Kulcsfogalmak/ fogalmak Hőmérséklet, halmazállapot, halmazállapot-változás, olvadáspont, forráspont, termikus egyensúly. 5. Ismétlés Óraszám: 4 A továbbhaladás feltétele A tanuló használja a számítógépet adatrögzítésre, információgyűjtésre. Eredményeiről tartson pontosabb, a szakszerű fogalmak tudatos alkalmazására törekvő, ábrákkal, irodalmi hivatkozásokkal stb. alátámasztott prezentációt. Ismerje fel, hogy a természettudományos tények megismételhető megfigyelésekből, célszerűen tervezett kísérletekből nyert bizonyítékokon alapulnak. Váljon igényévé az önálló ismeretszerzés. A kísérletek elemzése során alakuljon ki kritikus szemléletmódja, egészséges szkepticizmusa. Tudja, hogy ismeretei és használati készségei meglévő szintjén további tanulással túl tud lépni. Legyen képes egyszerű megfigyelési, mérési folyamatok megtervezésére, tudományos ismeretek megszerzéséhez célzott kísérletek elvégzésére. Legyen képes ábrák, adatsorok elemzéséből tanári irányítás alapján egyszerűbb összefüggések felismerésére. Megfigyelései során használjon modelleket. Legyen képes egyszerű arányossági kapcsolatokat matematikai és grafikus formában is lejegyezni. Az eredmények elemzése után vonjon le konklúziókat. Képes legyen a sebesség fogalmat különböző kontextusokban is alkalmazni. Tudja, hogy a testek közötti kölcsönhatás során a sebességük és a tömegük egyaránt fontos, és ezt konkrét példákon el tudja mondani. Képes legyen a nyomás fogalmának értelmezésére és kiszámítására egyszerű esetekben az erő és a felület hányadosaként. Tudja, hogy nem csak a szilárd testek fejtenek ki nyomást. Tudja magyarázni a gázok nyomását a részecskeképpel. Tudja, hogy az áramlások oka a nyomáskülönbség. Tudja, hogy a hang miként keletkezik, és hogy a részecskék sűrűségének változásával terjed a közegben. Tudja, hogy a hang terjedési sebessége gázokban a legkisebb és szilárd anyagokban a legnagyobb. Ismerje fel a hőmennyiség cseréjének és a hőmérséklet kiegyenlítésének kapcsolatát. Ismerje a halmazállapotok jellemzőit, egymásba alakulásuk kvantitatív feltételeit. 17
Helyi tanterv A, B osztály 8. évfolyam Éves óraszám: 72 óra (36 x 2) 1. Munka, energia, teljesítmény Óraszám: 20 Ismeretek, fejlesztési követelmények Kapcsolódási pontok Történelem, társadalmi és állampolgári ismeretek: ipari forradalom. A munka fizikai fogalma. Munka, a munka mértékegysége. A fizikai munkavégzés az erő és az irányába eső elmozdulás szorzataként határozható meg. Teljesítmény, átlagteljesítmény Eseti különbségtétel a munka fizikai fogalma és köznapi fogalma között. A hétköznapi munkafogalomból indulva az erő és a munka, illetve az elmozdulás és a munka kapcsolatának belátása konkrét esetekben (pl. emelési munka). A munka fizikai fogalmának definíciója arányosságok felismerésével: az erő és az irányába eső elmozdulás szorzata. Annak tudása, hogy a teljesítmény a munkavégzés sebessége. Egyszerű esetekben a munkavégzés és a teljesítmény kiszámítása. Munka és energia-változás Munka és energia-változás. A testen végzett munka eredményeként változik a test energiája, az energia és a munka mértékegysége megegyezik. A történelmi Joule-kísérlet egyszerűsített formája és értelmezése a munka és a hőtani fejezetben a hőmennyiséghez kapcsoltan bevezetett energia fogalmi összekapcsolására. (A kísérlettel utólagos magyarázatot kap a hőmennyiség korábban önkényesnek tűnő mértékegysége, a Joule, J.) Az erő forgatóhatása Ismeret: Forgatónyomaték fogalma. Jelenség: Tengelyezett testre ható erők forgató hatása (pl. libikóka.) A tengelyezett testre ható erő forgatóhatását meghatározó arányossági összefüggések felismerése. Erőegyensúly. Jelenségek: Lejtőn álló test egyensúlya. Erőegyensúly. Testek egyensúlyi állapota. 18
A kiterjedt testek transzlációs egyensúlyának feltétele, hogy a testre ható erők kioltsák egymás hatását. Testek egyensúlyának vizsgálata. Az egyensúlyi feltétel egyszerű esetekkel történő illusztrálása. Lejtőn álló test egyensúlya. Keljfeljancsi. Egyszerű gépek Alkalmazások: Emelő, csiga, lejtő. Az egyszerű gépek alaptípusai és azok működési elve. Az egyszerű gépekkel történő munkavégzés esetén a szükséges erő nagysága csökkenthető, de a munka nem. Az egyszerű gépek működési elvének vizsgálata konkrét példákon. Példák gyűjtése az egyszerű gépek elvén működő eszközök használatára. Alkalmazás az emberi test (csontváz, izomzat) mozgásfolyamataira. Tanulói mérésként/kiselőadásként az alábbi feladatok egyikének elvégzése: arkhimédészi csigasor összeállítása; egyszerű gépek a háztartásban; a kerékpár egyszerű gépként működő alkatrészei; egyszerű gépek az építkezésen. Energiafajták és egymásba alakulásuk Jelenségek: A mozgás melegítő hatása. A súrlódva mozgó test felmelegedése. Az energia formái: belső energia, helyzeti energia, mozgási energia, rugóenergia, kémiai energia, a táplálék energiája. A mozgó testnek, a megfeszített rugónak és a magasba emelt testnek energiája van. Az energiafogalom kibővítése: energiaváltozás minden olyan hatás, ami közvetlenül vagy közvetve a hőmérséklet növelésére képes. Jelenségek vizsgálata, megfigyelése során energiafajták megkülönböztetése (pl. a súrlódva mozgó test felmelegedésének megtapasztalása, a megfeszített rugó mozgásba hoz testeket, a rugónak energiája van; a magasról eső test felgyorsul, a testnek a magasabb helyzetben energiája van stb.). Annak megértése, hogy energiaváltozás minden olyan hatás, ami közvetlenül vagy közvetve a hőmérséklet változtatására képes, így a mechanikai mozgásra is kiterjeszthető az energiának a hőhöz kapcsolt tulajdonsága. Technika, életvitel és gyakorlat: háztartási eszközök, szerszámok, mindennapos eszközök (csavar, ajtótámasztó ék, rámpa, kéziszerszámok, kerékpár). Történelem, társadalmi és állampolgári ismeretek: arkhimédészi csigasor, vízikerék a középkorban. Történelem, társadalmi és állampolgári ismeretek: ősember tűzgyújtási eljárása (fadarab gyors oda-vissza forgatása durvafalú vályúban). Földrajz: energiahordozók, erőművek. Kémia: kötési energia. 19
Annak tudatosítása, hogy a tapasztalat szerint az energiafajták egymásba alakulnak, amelynek során az energia megjelenési formája változik. Energiaátalakulások, energiafajták Jelenségek, ismeretek: vízenergia, szélenergia, geotermikus energia, nukleáris energia, napenergia, fosszilis energiahordozók. Napenergia megjelenése a földi energiahordozókban. Konkrét energiafajták felsorolása (napenergia, szélenergia, vízenergia, kémiai energia /égés/) és példák ismertetése egymásba alakulásukra. Energia és társadalom. Problémák, gyakorlati alkalmazások: Miért van szükségünk energiára? Milyen tevékenységhez, milyen energiát használunk? Energiamérleg a családi háztól a Földig. James Joule élete és jelentősége a tudomány történetében. Annak megértése és illusztrálása példákon, hogy minden tevékenységünkhöz energia szükséges. Saját tevékenységekben végbemenő energiaátalakulási folyamatok elemzése. Az energiatermelés. Energiaforrások és végességük: vízenergia, szélenergia, geotermikus energia, nukleáris energia, napenergia. Fosszilis energiahordozók, napenergia megjelenése a földi energiahordozókban; a Föld alapvető energiaforrása a Nap. Az egyes energiahordozók felhasználásának módja, az energiaelőállítás környezetterhelő hatásai. Az energiatakarékosság szükségszerűségének megértése, az alapvető energiaforrások megismerése. Annak elmagyarázása, hogy miként vezethető vissza a fosszilis energiahordozók (szén, olaj, gáz) és a megújuló energiaforrások (víz, szél, biomassza) léte a Nap sugárzására. Részvétel az egyes energiaátalakítási lehetőségek előnyeinek, hátrányainak és alkalmazásuk kockázatainak megvitatásában, a tények és adatok összegyűjtése. A vita során elhangzó érvek és az ellenérvek csoportosítása, kiállítások, bemutatók készítése. Projekt-lehetőségek a földrajz és a kémia tantárgyakkal együttműködve: o Erőműmodell építése, erőmű-szimulátorok működtetése. o Különböző országok energia-előállítási módjai, azok részaránya. 20 Kémia: hőtermelő és hőelnyelő kémiai reakciók, fosszilis, nukleáris és megújuló energiaforrások (exoterm és endoterm reakciók, reakcióhő, égéshő). Kémia: kémia az iparban, erőművek, energiaforrások felosztása és jellemzése, környezeti hatások, (energiakészletek). Földrajz: az energiaforrások megoszlása a Földön, hazai energiaforrások. Energetikai önellátás és nemzetközi együttműködés.
o Az energiahordozók beszerzésének módjai (vasúti szénszállítás, kőolajvezeték és tankerek, elektromos hálózatok). Kulcsfogalmak/ fogalmak Munka, teljesítmény, forgatónyomaték. Egyszerű egyensúly. Tömegmérés. Energiatermelési eljárás. Hatásfok. Vízi-, szél-, napenergia; nem megújuló energia; atomenergia. 2. Elektromosság, mágnesség Óraszám: 25 Ismeretek, fejlesztési követelmények Kapcsolódási pontok Földrajz: tájékozódás, a Föld mágneses tere. Mágneses alapjelenségek. Mágnesek, mágneses kölcsönhatás. Ampère modellje a mágneses anyag szerkezetéről. Földmágnesség és iránytű. Kiscsoportos kísérletek végzése permanens mágnesekkel az erőhatások vizsgálatára (mágnesrudak vonzásának és taszításának függése a relatív irányításuktól), felmágnesezett gémkapocs darabolása során pedig a pólusok vizsgálatára; tapasztalatok megfogalmazása, következtetések levonása: o az északi és déli pólus kimutatása; o bizonyos anyagokat (pl. vas) mágnesessé lehet tenni; o a mágneses pólusokat nem lehet szétválasztani. Az iránytű orientációjának értelmezése, egyszerű iránytű készítése. Elektromos alapjelenségek. Jelenségek, gyakorlati alkalmazások: Elektrosztatikus jelenségek a hétköznapokban (műszálas pulóver feltöltődése, átütési szikrák, villámok, villámhárító). Az elektromosan töltött (elektrosztatikus kölcsönhatásra képes) állapot. Bizonyos testek elektromosan töltött állapotba hozhatók, a töltött állapotú testek erővel hatnak egymásra. Kétféle (negatív és pozitív) elektromosan töltött állapot létezik, a kétféle töltés közömbösíti egymást. A töltés átvihető az egyik testről a másikra. Tanári bemutató kísérlet alapján a kétféle elektromos állapot kialakulásának megismerése dörzs-elektromos kísérletekben, a vonzó-taszító kölcsönhatás kvalitatív jellemzése. Tanári irányítással egyszerű elektroszkóp készítése, működésének értelmezése. Az elektrosztatikus energia Jelenségek: Elektrosztatikus energia létének bizonyítéka a hőhatás alapján: az átütési szikrák kiégetik a papírt. A töltött fémgömb körül a próbatöltés-inga megemelkedik. 21 Kémia: vas elkülönítése szilárd keverékből mágnessel (ferromágnesesség). Kémia: elektromos töltés, elektron, elektrosztatikus vonzás és taszítás, a fémek elektromos vezetésének anyagszerkezeti magyarázata (ionos kötés, ionrács, ionvegyületek elektromos vezetése oldatban és olvadékban). Kémia: a töltés és az elektron, a feszültség.
Feszültség. A töltések szétválasztása során munkát végzünk. Az elektromos erőtér energiájának egyszerű tapasztalatokkal történő illusztrálása. A feszültség fogalmának hozzákapcsolása az elektromos töltések szétválasztására fordított munka végzéséhez. Az elektromos áramkör Ismeret: Az elektromos áramkör és részei (telep, vezetékek, ellenállás vagy fogyasztó). A telepben zajló belső folyamatok a két pólusra választják szét a töltéseket. A két pólus közt feszültség mérhető, ami a forrás kvantitatív jellemzője. Egyszerű áramkörök összeállítása csoportmunkában, különböző áramforrásokkal, fogyasztókkal. Az elektromos áram. Ismeret: Az elektromos áram mint töltéskiegyenlítési folyamat. Az áram erőssége, az áramerősség mértékegysége (1 A). Adott vezetéken átfolyó áram a vezető két vége között mérhető feszültséggel arányos. A vezetéket jellemző ellenállás és /vagy vezetőképesség fogalma mint a feszültség és az áramerősség hányadosa. Az ellenállás mértékegysége (1 Ω). Ohm törvénye. A feszültség mérése elektromos áramkörben mérőműszerrel. Áramerősség mérése (műszer kapcsolása, leolvasása, méréshatárának beállítása). Ellenállás meghatározása Ohm törvénye alapján (feszültségés árammérésre visszavezetve). Mérések és számítások végzése egyszerű áramkörök esetén. Az áram mágneses hatása Gyakorlati alkalmazások: Az elektromágnes és alkalmazásai. Elektromotorok. Az áram mágneses hatása: az elektromos áram mágneses teret gerjeszt. Az áramjárta vezetők között mágneses kölcsönhatás lép fel, és ezen alapul az elektromotorok működése. Tekercs mágneses terének vizsgálata vasreszelékkel, hasonlóság kimutatása a rúdmágnessel. Oersted kísérletének kvalitatív értelmezése. Elektromotor modelljének bemutatása. Csoportmunkában az alábbi gyakorlatok egyikének elvégzése: 22 Kémia: a vezetés anyagszerkezeti magyarázata. Galvánelem. Kémia: az elektromos áram (áramerősség, galvánelem, az elektromos áram kémiai hatásai, Faraday I. és II. törvénye).
o elektromágnes készítése zsebtelep, vasszög és szigetelt huzal felhasználásával, a pólusok és az erősség vizsgálata; o egyszerű elektromotor készítése gémkapocs, mágnes és vezeték felhasználásával. Egyéni gyűjtőmunka az elektromágnesek köznapi/gyakorlati felhasználásáról. Mindennapi elektromosság Gyakorlati alkalmazások: Egyéni gyűjtőmunka az alábbi témák egyikében: o Hol használnak elektromos energiát? o Milyen elektromossággal működő eszközök találhatók otthon a lakásban? o Milyen adatok találhatók egy fogyasztón (teljesítmény, feszültség, frekvencia)? Az elektromos energia használata. Problémák, gyakorlati alkalmazások: Elektromosenergia-fogyasztás. Mit fogyaszt az elektromos fogyasztó? Mi a hasznos célú és milyen az egyéb formájú energiafogyasztás különböző elektromos eszközöknél (pl. vízmelegítő, motor)? Mit mutat a havi villanyszámla, hogyan becsülhető meg realitása? Annak megértése, hogy az elektromos fogyasztó energiát használ fel, alakít át (fogyaszt). Tanári vezetéssel egy családi ház elektromos világításának megtervezése, modellen való bemutatása. Az áram hőhatása Ismeret: Az áram hőhatását meghatározó arányosságok és az azt kifejező matematikai összefüggés (E=UIt), energiakicsatolás, fogyasztók. Az Ohm-törvény felhasználásával az energialeadás kifejezése a fogyasztó ellenállásával is. A hőhatás jelenségét bemutató egyszerű kísérletek ismertetése (pl. elektromos vízmelegítés mértéke arányos az áramerősséggel, a feszültséggel és az idővel. Fogyasztó fényerejének változása folytonosan változtatható kapcsolóval. Ellenállásdrót melegedése soros és párhuzamos kapcsolású fogyasztókban az áramerősség növelésével.) Az elektromos energia előállítása, szállítása. Problémák, gyakorlati alkalmazások: Miért elektromos energiát használunk nagy részben a mindennapi életünkben? Melyek az ország energiafogyasztásának legfontosabb tényezői? Honnan származik az országban felhasznált elektromos energia? 23 Technika, életvitel és gyakorlat: elektromos eszközök biztonságos használata, villanyszámla értelmezése, elektromos eszközök energiafelhasználása, energiatakarékosság. Matematika: egyszerű számítási és behelyettesítési feladatok. Földrajz: az energiaforrások földrajzi megoszlása és az energia kereskedelme. Kémia: energiaforrások és használatuk környezeti
Magyarország elektromosenergia-fogyasztása főbb komponenseinek megismerése, az elektromos energia megtakarításának lehetőségei. Az erőművek és a nagyfeszültségű hálózatok alapvető vázszerkezetének (generátor, távvezeték, transzformálás, fogyasztók) bemutatása. Annak belátása, hogy az elektromos energia bármilyen módon történő előállítása hatással van a környezetre. Csoportos gyűjtőmunka a hazai erőműhálózatról és jellemzőiről (milyen energiaforrással működnek, mikor épültek, mekkora a teljesítményük stb.). Kulcsfogalmak/ fogalmak hatásai. Mágneses dipólus, elektromos töltés, mágneses mező. Áramerősség, feszültség, ellenállás, áramkör, elektromágnes. Erőmű, generátor, távvezeték. 3. Optika, csillagászat Óraszám: 20 Ismeretek, fejlesztési követelmények Kapcsolódási pontok Biológia-egészségtan: a szem, a látás, a szemüveg; nagyító, mikroszkóp és egyéb optikai eszközök (biológiai minták mikroszkópos vizsgálata). A fény terjedése és a képalkotás Problémák, jelenségek, gyakorlati alkalmazások: Árnyékjelenségek. Fényáteresztés. Hétköznapi optikai eszközök (síktükör, borotválkozó tükör, közlekedési gömbtükör, egyszerű nagyító, távcső, mikroszkóp, vetítő, fényképezőgép). Száloptika alkalmazása a jelátvitelben és a gyógyászatban. Távcsövek, űrtávcsövek, látáshibák javítása, fényszennyezés. A fény egyenes vonalú terjedése. A fényvisszaverődés és a fénytörés: a fény az új közeg határán visszaverődik és/vagy megtörik; a leírásuknál használt fizikai mennyiségek (beesési szög, visszaverődési szög, törési szög rajzolása). Teljes visszaverődés. Hétköznapi optikai eszközök képalkotása. Valódi és látszólagos kép. Síktükör, homorú és domború tükör, szóró- és gyűjtőlencse. Fókusz. A szem képalkotása. Rövidlátás, távollátás, színtévesztés. Az árnyékjelenségek magyarázata a fény egyenes vonalú terjedésével. Fény áthatolásának megfigyelése különböző anyagokon és az anyagok tanulmányozása átlátszóságuk szempontjából. Jelenségek a visszaverődés és a fénytörés vizsgálatára. A sugármenet szerkesztése tükrös visszaverődés esetén. (Periszkóp, kaleidoszkóp készítése és modellezése.) A sugármenet kvalitatív megrajzolása fénytörés esetén (plánparalel lemez, prizma, vizeskád). Kvalitatív kapcsolat felismerése a közeg sűrűsége és a törési szögnek a beesési szöghöz viszonyított változása között. A teljes visszaverődés jelenségének bemutatása alapján (pl. az Matematika: geometriai szerkesztések, tükrözés. Technika, életvitel és gyakorlat: a színtévesztés és a színvakság társadalmi vonatkozásai. 24